뇌 연결망의 구조-기능 결합의 공간 및 시간적 패턴: 발달에 따른 변화

Core Concepts

뇌 구조 연결망이 풍부한 패턴의 기능적 동기화를 형성하여 복잡한 인지 및 행동 능력을 지원한다. 그러나 구조-기능 결합의 발달과 이것이 인지 기능 및 전사체 구조와 어떤 관계가 있는지는 명확하지 않다.

Abstract

이 연구는 439명의 참여자(5.7~21.9세)의 다중 모달 자기공명영상 데이터를 사용하여 뇌 구조 연결망(SC)과 기능 연결망(FC)의 결합을 예측하였다. 주요 결과는 다음과 같다:

SC-FC 결합은 시각 및 감각운동 네트워크에서 가장 강했으며, 진화적 확장, 수초 함량, 기능적 주요 경사도와 일치했다.

발달에 따라 SC-FC 결합은 감각운동, 전두두정, 배측 주의, 기본 모드 네트워크를 중심으로 증가하는 등 지역적 변화를 보였다.

SC-FC 결합은 일반 지능을 유의하게 예측할 수 있었으며, 특히 전두두정 및 기본 모드 네트워크의 기여도가 높았다.

SC-FC 결합 발달의 공간적 이질성은 올리고덴드로사이트 관련 경로 유전자와 양의 상관관계, 성상세포 관련 유전자와 음의 상관관계를 보였다.

이 연구는 뇌 연결망의 구조-기능 결합 발달의 공간 및 시간적 패턴을 특성화하고, 이것이 인지 기능 및 전사체 구조와 관련됨을 보여준다.

Stats

시각 및 감각운동 네트워크의 SC-FC 결합이 다른 네트워크에 비해 더 높았다.
발달에 따라 감각운동, 전두두정, 배측 주의, 기본 모드 네트워크의 SC-FC 결합이 유의하게 증가했다.
SC-FC 결합은 일반 지능을 유의하게 예측할 수 있었다.

Quotes

"뇌 구조 연결망이 풍부한 패턴의 기능적 동기화를 형성하여 복잡한 인지 및 행동 능력을 지원한다."
"발달에 따라 SC-FC 결합은 감각운동, 전두두정, 배측 주의, 기본 모드 네트워크를 중심으로 증가하는 등 지역적 변화를 보였다."
"SC-FC 결합은 일반 지능을 유의하게 예측할 수 있었으며, 특히 전두두정 및 기본 모드 네트워크의 기여도가 높았다."

Key Insights Distilled From

Spatial and temporal pattern of structure-function coupling of human brain connectome with development

by Feng,G., Wan... at www.biorxiv.org 09-12-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.11.557107v4

Deeper Inquiries

뇌 구조-기능 결합의 발달 과정에서 다른 인지 기능(예: 작업 기억, 주의력 등)과의 관계는 어떠할까?

뇌 구조-기능 결합의 발달 과정은 다양한 인지 기능과 밀접한 관련이 있습니다. 연구 결과에 따르면, 뇌의 구조와 기능 간의 결합이 각 지역에서 다양한 인지 능력을 예측할 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 특히, 전두엽 및 측두엽과 같은 뇌 지역의 구조-기능 결합이 일반 지능과 관련이 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 결과는 뇌의 특정 부위에서의 구조와 기능의 상호작용이 개인의 지능 수준을 일부로 설명할 수 있다는 것을 시사합니다. 또한, 연구 결과에 따르면, 구조-기능 결합이 작업 기억, 결정력 있는 지능, 주의력 등과 관련이 있음이 확인되었습니다. 이러한 인지 기능들은 뇌의 발달과 함께 변화하며, 구조-기능 결합의 발달 과정에서도 이러한 인지 기능들과의 관련성이 관찰됩니다.

뇌 구조-기능 결합의 이상은 어떤 신경 발달 장애와 관련될 수 있을까?

뇌 구조-기능 결합의 이상은 다양한 신경 발달 장애와 관련이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 구조-기능 결합의 이상은 조현병, 자폐증, 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD) 등과 연관이 있을 수 있습니다. 이러한 신경 발달 장애는 뇌의 구조와 기능 간의 상호작용에 이상을 일으킬 수 있으며, 이로 인해 인지 능력, 사회적 상호작용, 감정 조절 등에 영향을 줄 수 있습니다. 특히, 구조-기능 결합의 이상이 발달 초기에 발생할 경우, 이후의 뇌 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 다양한 신경 발달 장애의 원인이 될 수 있습니다.

구조-기능 결합의 발달 과정에서 시냅스 형성 및 가지치기와 같은 신경 가소성 기전은 어떤 역할을 할까?

구조-기능 결합의 발달 과정에서 시냅스 형성 및 가지치기와 같은 신경 가소성 기전은 중요한 역할을 합니다. 뇌의 구조와 기능 간의 결합은 시냅스를 통해 형성되며, 이러한 시냅스의 형성 및 가지치기 과정은 뇌의 발달과 기능 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 시냅스 형성은 뉴런 간의 연결을 강화하고 새로운 경로를 형성함으로써 뇌의 회로를 발전시키는 데 중요합니다. 반면, 가지치기는 불필요한 시냅스를 제거하고 효율적인 신호 전달을 유지하는 데 중요합니다. 이러한 과정은 뇌의 구조와 기능 간의 상호작용을 조절하며, 구조-기능 결합의 발달 과정에서 뇌의 효율적인 작동을 지원합니다. 따라서, 시냅스 형성 및 가지치기는 뇌의 구조-기능 결합의 발달에 중요한 역할을 합니다.